Текст книги "Вспомогательные (прикладные) дисциплины. Фотодело"

Важнейшей частью любого фотоаппарата является фотографический объектив. Современный фотографический объектив представляет собой сложную оптическую конструкцию, состоящую из нескольких взаимосвязанных между собой деталей, рассчитанную и созданную с учетом всех наших знаний о свете как о физическом явлении. Объектив – прибор для образования оптического изображения, со встроенной диафрагмой и механизмом наводки на резкость.

Глаз человека обладает способностью адаптироваться к условиям освещенности. При ярком освещении зрачок глаза непроизвольно сужается и уменьшает освещенность на сетчатке; в затемненном помещении зрачок расширяется настолько, чтобы пропустить количество света, необходимое для работы сетчатки. Пределы адаптации не безграничны (невозможно смотреть на солнце – зрительный аппарат выключается; невозможно также видеть в полной темноте – светочувствительность сетчатки недостаточна). Однако, диапазон адаптации глаза огромен – глаз способен работать при перепаде освещенностей в миллиард раз.

Объектив фотоаппарата также имеет аналогичное устройство – диафрагму, которая регулирует освещенность на поверхности светочувствительного слоя.

Все применяемые в настоящее время объективы являются сочетанием нескольких линз, вогнутость или выпуклость (радиус кривизны) и состав стекла, которых точно вычислены и соблюдены при изготовлении. На оправе объектива отражены основные данные: название вида объектива, фокусное расстояние, относительное отверстие (светосила).

Диафрагма это механизм, регулирующий рабочее отверстие для прохождения заданного светового потока, проходящего через объектив. Диафрагма, обычно, состоит из металлических пластин, которые, двигаясь по спирали, могут изменять диаметр отверстия посередине. Чем больше цифровое значение диафрагмы (чем меньше диаметр отверстия диафрагмы), тем больше глубина резкости. Чем дальше от аппарата находится объект съемки, тем больше глубина резкости. Чем меньше фокусное расстояние объектива (чем больше угол зрения объектива), тем больше глубина резкости. На новых моделях камер диафрагма регулируется автоматически, в зависимости от освещения и пользователь повлиять на неё может только настройкой экспозиции. На некоторых цифровых камерах используют объективы вообще без диафрагмы. Её роль исполняет электронный затвор.

Буквой (f) обозначают фокусное расстояние в миллиметрах. Фокусное расстояние – это расстояние от плоскости, на которую фокусируется изображение до линзы объектива.

Буквой (F) обозначают величину относительного отверстия. Считается оно по простой формуле, если диаметр отверстия, через которое проходит поток света поделить на фокусное расстояние, то мы получим значение равное единице поделенной на относительное отверстие: D/f=1/F. Правильная маркировка относительного отверстия выглядит как, например 1:1.8 или 1:3.0. Но часто пишут проще, F=1.8 или F=3.0. Относительное отверстие может меняться как с изменение фокусного расстояния, так и с изменением отверстия объектива, через которое проходит световой поток. Регулятором поступления необходимого потока светового потока через объектив является диафрагма.

Чем меньше выдержка, тем меньше считается диафрагма. И наоборот. Это решение подходит для камер, которым приходиться снимать в условиях всегда одинакового освещения. Чем меньше значение относительного отверстия (F), тем больше объектив пропускает свет, а значит, лучших результатов от него можно ждать в условиях малой освещённости. Высокое же значение (F) свидетельствует о большой глубине резкости.

Цифровые показатели величины отверстия имеются на объективе. 1,6; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22; 32; это числа шкалы величины диафрагмы. Число 1,6 означает, что отверстие открыто полностью, величина проходящего светового потока на светочувствительный слой максимальная.

В практике фотографии количество света, подействовавшего на светочувствительный материал, принято оценивать величиной, которая называется экспозицией. Экспозиция представляет собой произведение освещённости (количества лучистой энергии, падающей на единицу площади в единицу времени) на время освещения данного участка фотослоя (выдержку).

H = Et; где H – экспозиция (лк с); E – освещённость (лк); t – выдержка (с).

Выбор этой величины обусловлен тем, что для фотоматериала величина конечного эффекта, возникающего при экспонировании, определяется аккумулирующей способностью, или произведением общего количества поглощённой слоем энергии на время её действия.

Современные фотоаппараты снабжены устройством наводки на резкость, которое дает объективную оценку того, что мы получим. Некоторые камеры снабжены дальномером, на котором необходимо совместить в видоискателе два несколько сдвинутых относительно друг друга изображения. Человек не может одновременно отчетливо видеть удаленные и близкие предметы. К примеру, поднесите палец к своему носу – палец будет виден резко, все другие предметы за ним будут выглядеть расплывчато, приобретут нерезкие очертания, это связано с глубиной резкости. Глубина резкости является элементом характеристики объектива.

Диапазон расстояний между близкими и наиболее удаленными предметами называется глубиной резкости. Глубина резкости зависит от двух факторов: во-первых, величины диаметра диафрагмы – чем меньше отверстие диафрагмы, тем глубина резкости больше; во-вторых, от фокусного расстояния. Различают глубины резкости в пространстве предметов и в пространстве изображений, которые являются сопряженными. Важным в создании хорошего снимка является установление допустимой нерезкости фотографического изображения. Допустимое смещение объектива соответствует его глубине резкости. Расстояние до передней границы резко изображаемого пространства называется гиперфокальным расстоянием.

Методическое обеспечение

Основные понятия: фотографическая съёмка; фотоаппарат; корпус камеры; объектив; фотографический затвор; величина выдержки; экспозиция; видоискатель; лампа-вспышка; диафрагма; фокусное расстояние; величина относительного отверстия; глубина резкости.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое фотографическая съёмка?

2. Причины разделения фотоаппаратов по признакам.

3. Основные узлы и механизмы фотоаппарата.

4. Назначение узлов и механизмов камеры.

5. Назначение узлов и механизмов объектива

6. В каких деталях и узлах фотоаппарата проявляется дизайнерское и конструктивное отличие фотографических камер.

Задание. Сравните между собой по конструктивным особенностям несколько плёночных и цифровых фотоаппаратов. Найдите общее и различия.

Глава 1. 4. Фотографическая оптика

Важнейшей частью любого фотоаппарата является фотографический объектив. Съёмочные объективы предназначены для изображения объёмных форм и пространственного расположения разнородных предметов. Современный фотографический объектив представляет собой оптическую конструкцию, рассчитанную с учетом всех наших знаний о свете как о физическом явлении. Зрительное представление об окружающем нас мире мы получаем благодаря глазу – удивительному оптическому прибору, созданному самой природой, устройство глаза и фотографического аппарата сходны между собой.

Рис. 1.4.1. Построение изображений: а – в фотоаппарате; б – в глазе человека.

Глаз представляет собой непрозрачное яйцевидное тело, покрытое плотной непрозрачной оболочкой – склерой. На передней стенке глаза имеется выпуклость, защищенная прозрачной роговицей, за которой находится чечевицеобразное прозрачное тело – хрусталик. Если посмотреть сквозь хрусталик внутрь глазного яблока, хрусталик кажется нам черным, так как лучи света, прошедшие сквозь него, поглощаются внутри глаза и не выходят наружу. Хрусталик окаймлен цветной радужной оболочкой, определяющей цвет глаз. Зрачок глаза обладает способностью сужаться и расширяться в зависимости от интенсивности окружающего освещения. Свет, отраженный от объекта, падает на хрусталик глаза, который, как положительная линза, строит на поверхности глазного дна уменьшенное перевернутое (обратное) изображение объекта. Поверхность глазного дна покрыта слоем светочувствительных клеток, каждая из которых способна ощущать свет. Каждая клетка передает в мозг сигнал об интенсивности принятого излучения, и так как на поверхности сетчатки содержится около миллиона таких клеток, мозг получает единое представление об изображении, построенном хрусталиком. Хрусталик глаза обладает свойством изменять свою кривизну, в результате чего свет от точек объекта, находящихся на различном удалении от глаза, фокусируется всегда на поверхности сетчатки. Изменение кривизны хрусталика при рассматривании разно удаленных объектов происходит в результате непроизвольного сокращения или расслабления связанных с ним мышц. Рассматривая объемно-пространственные формы (к которым относится и лицо), глаз как бы обегает рассматриваемый объект, фокусируя одну точку объекта за другой. Такое свойство глаза называется аккомодацией.

Объектив такими свойствами не обладает. Он запечатлевает каждую точку в той степени четкости, в какой она удалена от сфокусированной точки. Глубина резко изображаемого пространства в зависимости от значения диафрагмы не охватывает всего объекта. В результате на этом участке наблюдается потеря четкости изображения. На черно-белом изображении постепенный спад на закруглениях объемной формы воспринимается зрителем как пластический эффект, имеющий художественное значение, ибо на снимке он выглядит как закономерно чередующийся градиент нежного полутона. В тональных переходах цветного изображения происходит трансформация цвета, который приобретает иной характер (в живописи это называется «грязным цветом»).

В фотоаппарате это достигается также либо изменением фокусного расстояния объектива, либо изменением расстояния между объективом и светочувствительным слоем.

Рис. 1.4.2. Образование изображения в камере с малым отверстием

В простейшем случае фотографическое изображение может быть получено вообще без объектива. Если взять светонепроницаемую камеру, в передней стенке проделать иголочное отверстие, а у задней стенки поместить светочувствительный слой, как показано на рис. 1.4.2. то при съемке такой камерой можно получить сносные фотографии удаленных объектов. Именно с таких камер и начиналось развитие фотографической техники. Такая камера называлась камерой-обскурой.

Один из изобретателей XVI века догадался вставить в отверстие камеры – обскуры двояковыпуклую собирающую линзу. Улучшились изобразительные возможности камеры, усилилось её сходство с человеческим глазом. Знаменитый астроном Иоганн Кеплер приспособил камеру – обскуру для наблюдения солнечного затмения, много экспериментировал с нею и сумел построить точную оптическую схему глаза, наиболее верно описал ход лучей внутри него. Он высказал правильное предположение: лучи, собранные хрусталиком, дают на светочувствительной сетчатке глаза, как в камере-обскуре, перевернутое изображение.

Исследования физиков и врачей XX века показали, что это соответствует истине: мозг, а не глаз меняет «низ» с «верхом» еще раз, облегчая нашу ориентацию в окружающем мире. Доказано это было оригинально и просто: сами экспериментаторы, а затем и добровольцы – пациенты рискнули надеть очки, переворачивающие изображение. Сначала пациенты все видели перевернутым, но через несколько дней, мозг все поставил на место – и окружающий мир для них вновь «встал на ноги». Наука заимствования технических изобретений у природы, получившая в наши дни название «бионика», возникла, по меньшей мере, еще в конце XVII-начале XVIII века, стояла перед трудной задачей создания оптических систем, не искажающих изображение предмета.

1.4.1. Устройство объектива

Простейший объектив (монокль) состоит из одной линзы. Фотографический объектив – система оптических линз, заключенная в специальную оправу. Основные характеристики: главное фокусное расстояние, относительное отверстие, светосила, угол поля изображения. Важным свойством является то, чтобы построенное изображение имело желаемый масштаб, сохраняло подобие геометрических форм объекта, воспроизводило необходимые мелкие детали и обладало световой энергией, достаточной для воздействия на светочувствительный слой. В большинстве случаев требуется, чтобы перечисленные свойства оптического изображения были одинаковы как в центре кадра, так и на его краях. Главные характеристики объектива обозначаются на его оправе, более подробные приводятся в паспорте и описании. Модель объектива, его название, характеризует конструкцию оптической системы. По названию на оправе в справочнике можно найти подробное описание объектива, число линз и их форму.

Стандартный объектив для любого аппарата конкретного формата выбран таким образом, чтобы его фокусное расстояние было примерно равно размеру диагонали его кадра. Пленочные фотоаппараты обычно снабжены объективом с «нормальным» или «стандартным» фокусным расстоянием, выбор которого обусловлен тем, что он передает перспективу аналогично тому, как она воспринимается людьми. Такое фокусное расстояние примерно равно размеру диагонали кадра, поэтому стандартный объектив аппарата имеет фокусное расстояние около 50 мм (диагональ кадра 24х36 мм составляет 43 мм). Фокусное расстояние объектива, имеющего несколько компонентов, измеряется от его задней фокальной плоскости.

Главное фокусное расстояние объектива определяет геометрические размеры получаемого изображения, его масштаб. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем крупнее масштаб изображения при прочих равных условиях. Величина фокусного расстояния, выраженная в миллиметрах, указывается на оправе объективов. Номинальное фокусное расстояние указано на оправе округленно, оно почти всегда отличается от фактического фокусного расстояния конкретного объектива на 3–4%.

Работая над улучшением характеристики объективов, оптики всегда стремятся, насколько возможно, увеличить диаметр действующего отверстия объектива. Сейчас многие объективы массового выпуска имеют максимальное относительное отверстие: 1:2,8; 1:2,0 и даже 1:1,2. Величину знаменателя максимального относительного отверстия иногда неправильно называют светосилой объектива. Светосилой называется отношение освещенности изображения к яркости объекта съемки. Она равна отношению квадрата диаметра действующего отверстия объектива к квадрату его фокусного расстояния или квадрату относительного отверстия.

Для удобства введения поправок в выдержку при съемке шкала диафрагмы построена таким образом, что при переходе с одного деления шкалы на другое, площадь действующего отверстия изменяется вдвое, поэтому и выдержка должна изменяться в два раза. По международному соглашению для фотографических объективов принят следующий стандартный ряд значений. Эти значения имеют геометрическую прогрессию диаметров относительных отверстий для нанесения на шкалу диафрагмы: 1:0,7; 1:1,0; 1:1,4; 1:2,0; 1:2,8; 1:4,0; 1:5,6; 1:8,0; 1:11; 1:16; 1:22; 1:32; 1:45; 1:64.

Разрешающая сила, или разрешающая способность объектива – показатель способности объектива воспроизводить в изображении мельчайшие детали объекта. Мелкие детали объектов фотографирования очень разнообразны по конфигурации и по контрасту с окружающим фоном, поэтому для сравнения объективов друг с другом применяют стандартный тест-объект, или миру (рис. 1.4.3.).

Рис. 1.4.3. Варианты мир для определения разрешающей способности

Линейная мира представляет собой группы штрихов и светлых промежутков, по-разному ориентированных на плоскости, ширина которых от группы к группе уменьшается в определенное число раз. Соответственно уменьшается и ширина светлых промежутков. При рассматривании оптического изображения миры, построенное объективом, через микроскоп, видно, что крупные штрихи первых групп четко отграничены, промежутки уверенно просматриваются и число штрихов легко пересчитать. В следующих группах, по мере уменьшения ширины штрихов и нарастания их частоты, границы становятся расплывчатыми и, наконец, сливаются, не различаются. Та группа, в которой штрихи уже не удается пересчитать, считается пределом разрешения данного объектива.

Количественно разрешающая способность выражается максимальным числом штрихов и равных им по ширине промежутков, раздельно передаваемых объективом на 1 мм длины изображения. Оптическая разрешающая сила объективов всегда выше фотографической и достигает величины 200–300^-1 мм, это означает что, в оптическом изображении различимы детали размером до 0,005 мм.